重慶至貴陽鐵路息烽至修文段線路方案研究

郭 強(qiáng)

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司貴陽公司,貴陽 550002)

1 概述

鐵路選線是鐵路勘察設(shè)計(jì)中重要的基礎(chǔ)工作。尤其對(duì)于復(fù)雜山區(qū)鐵路,通過選線設(shè)計(jì)可以確定線路的合理走向,以降低工程難度、節(jié)省工程投資,提高修建鐵路的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益[1]。已有許多學(xué)者開展相關(guān)研究,朱穎等提出減災(zāi)選線中需根據(jù)地質(zhì)控制因素,篩選技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、風(fēng)險(xiǎn)可控的線路方案,并指出選線中要高度重視投資控制,但不能把投資作為唯一的考慮要素[2-3];樂重對(duì)鐵路綜合選線原則進(jìn)行探討,認(rèn)為選線時(shí)應(yīng)分析各影響因素并抓住主要制約因素確定方案[4]; 陳俊等通過對(duì)鄭萬鐵路平頂山地區(qū)線路客流、工程地質(zhì)條件、線路順直、工程投資和城市規(guī)劃銜接等影響因素的研究,推薦經(jīng)禹州平頂山西方案[5];武巍等針對(duì)路網(wǎng)規(guī)劃,地質(zhì)選線,環(huán)保要求等影響因素,綜合比選蒙西至華中地區(qū)鐵路五里川至鄧州段線路走向,推薦沿既有線方案[6];陳明浩等根據(jù)地質(zhì)選線原則,選擇工程地質(zhì)條件相對(duì)較優(yōu)、工程風(fēng)險(xiǎn)可控的銅梁取直和經(jīng)大足、銅梁方案[7]。綜上所述,鐵路選線受規(guī)劃、地形地質(zhì)、環(huán)保、工程投資等眾多因素影響,為確定合理的線路方案,設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮各影響因素,綜合比選,抓住主要制約因素,從而得出工程可靠、綜合效益好的推薦方案[8]。

重慶至貴陽鐵路擴(kuò)能改造工程(以下簡(jiǎn)稱“渝貴鐵路”)從川南低山丘陵區(qū)爬升至云貴高原,地形起伏大,線路橫穿涼風(fēng)埡等區(qū)域性分水嶺,跨越長(zhǎng)江、烏江等河流,沿線不良地質(zhì)眾多,是一條地形、地質(zhì)、環(huán)境都極為復(fù)雜的鐵路。其中,息烽至修文段線路區(qū)域內(nèi),城鎮(zhèn)規(guī)劃、地形地質(zhì)、環(huán)境敏感點(diǎn)等影響因素多,以下充分考慮各因素影響并進(jìn)行綜合比選,以期得出工程安全可靠、社會(huì)效益好的線路方案。

2 概況

渝貴鐵路位于重慶市西南部和貴州省北部地區(qū),線路北起重慶市,自重慶西站引出后,向南經(jīng)綦江進(jìn)入貴州省境內(nèi),經(jīng)遵義、息烽,接入既有貴陽北站,正線全長(zhǎng)約345km[9],為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)200km/h客貨共線鐵路。

項(xiàng)目北端可通過成渝、遂渝線直達(dá)川渝地區(qū),通過襄渝和蘭渝線通往華北、西北地區(qū); 南端經(jīng)黔桂線通往北部灣地區(qū),通過貴廣線直達(dá)珠江三角洲和港澳發(fā)達(dá)地區(qū);還可通過滬昆通道通往云南和湖南等華中地區(qū),是我國(guó)西南至華南地區(qū)快速鐵路通道的重要組成部分,也是重慶、川東、川北和黔北至廣東、廣西沿海地區(qū)最便捷的鐵路通道[10-11]。該線功能定位為以客為主、客貨兼顧[12]。

圖1 地理位置示意

渝貴鐵路沿線所經(jīng)處不良地質(zhì)發(fā)育齊全,其中巖溶、壓礦、采空區(qū)、順層對(duì)工程影響尤為突出。可溶巖地段主要分布于趕水至貴陽段,約占全線長(zhǎng)度的65%,其中涼風(fēng)埡、婁山關(guān)、遵義、閣老壩、息烽、高壩、都拉營(yíng)等地區(qū)巖溶強(qiáng)烈發(fā)育,約占整個(gè)可溶巖區(qū)的30%,其他地區(qū)巖溶為中等發(fā)育至弱發(fā)育。

3 方案研究

3.1 自然特征

息烽至修文段線路位于貴州省貴陽市息烽縣至修文縣一帶,橫穿斗篷山區(qū)域性分水嶺,線路呈北南走向,區(qū)域位于海拔800～1600m的云貴高原區(qū),總體北低南高。

(1)地形地貌

線路沿線區(qū)域?yàn)樵瀑F高原區(qū),間屬云貴高原溶蝕洼地。兩側(cè)平行山脈走向發(fā)育,有長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里的長(zhǎng)條形溶蝕槽谷地貌。巖溶地貌占據(jù)主導(dǎo)地位,呈帶狀展布,在靠近分水嶺、構(gòu)造影響強(qiáng)烈處形成“V”形峽谷。

(2)工程地質(zhì)

沿線覆蓋層為第四系全新統(tǒng);下伏三疊系、二疊系、志留系、奧陶系、寒武系、震旦系上統(tǒng)燈影組地層。構(gòu)造主要由南北向構(gòu)造體系、北東向構(gòu)造體系及北北東向構(gòu)造體系構(gòu)成。

(3)水文地質(zhì)

沿線主要排泄基準(zhǔn)面為烏江,屬長(zhǎng)江水系。分水嶺為斗蓬山,由于巖組的特殊組合關(guān)系(含水層與隔水層相間),層組間水力聯(lián)系差,在構(gòu)造條件控制下,分割成不同的水文地質(zhì)小單元,導(dǎo)致各地層分屬不同的水力系統(tǒng),沒有統(tǒng)一地下水位,各水文地質(zhì)單元徑流、排泄特征各異。

3.2 方案說明

研究范圍內(nèi)分布有4處煤礦采空區(qū)、2處水源保護(hù)區(qū)、1處風(fēng)景名勝區(qū)、1處城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)及既有川黔鐵路,巖溶強(qiáng)烈發(fā)育,尤其是含水層與隔水層相間形成的復(fù)雜水文地質(zhì)環(huán)境等影響因素眾多,極大限制線路方案的選擇。

共研究東側(cè)經(jīng)羅家壩方案、經(jīng)新寨方案、取直方案、經(jīng)久長(zhǎng)方案及經(jīng)久長(zhǎng)西側(cè)方案。經(jīng)新寨方案中,羅家壩隧道出口段巖溶強(qiáng)烈發(fā)育,3條橫穿線路的巖溶管道位于線路正洞拱頂以上10～30m,工程風(fēng)險(xiǎn)極高;取直方案中,羅家壩隧道為9.236km單面坡巖溶隧道,且通過采空區(qū)范圍,工程風(fēng)險(xiǎn)巨大,不滿足建設(shè)工期要求;經(jīng)久長(zhǎng)西側(cè)方案4跨既有川黔鐵路,線路較經(jīng)羅家壩方案長(zhǎng)1.641km,工程投資增加較多,同時(shí)進(jìn)入久長(zhǎng)城填規(guī)劃區(qū)范圍,地方政府強(qiáng)烈反對(duì)。綜上所述,經(jīng)久長(zhǎng)方案與經(jīng)羅家壩方案可行性較高,故進(jìn)行進(jìn)一步比較研究。線路方案示意見圖2。

圖2 息烽至修文段線路方案示意

經(jīng)羅家壩方案線路從息烽站引出后,向東于下紅馬水源保護(hù)區(qū)及煤礦采空區(qū)間通過,之后穿天馬山、羅家壩隧道,經(jīng)順興場(chǎng)接入修文站。

經(jīng)久長(zhǎng)方案線路從息烽站引出后,向西繞避下紅馬水源保護(hù)區(qū)及煤礦采空區(qū),之后2次上跨既有川黔鐵路,穿中寨隧道,于久長(zhǎng)城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)東側(cè)到達(dá)方案比較終點(diǎn),后接入修文站。

3.3 影響因素分析

(1)從線路條件分析

經(jīng)久長(zhǎng)方案較經(jīng)羅家壩方案線路長(zhǎng)0.923km,最小曲線半徑由5500m變?yōu)?500m[13],平面曲線增加2個(gè),平面條件稍差,但橋隧總長(zhǎng)由18329m變?yōu)?5887m,橋隧比降低約14%[14]。

(2)從地質(zhì)條件分析

兩方案均屬云貴高原黔中東緣中低山峰叢洼地地貌,地層為灰?guī)r及白云巖。

經(jīng)羅家壩方案羅家壩隧道處于巖溶水水平循環(huán)帶中,存在4段巖溶管道,施工中涌水突泥風(fēng)險(xiǎn)較大,工程地質(zhì)條件差。另外,由于隧道施工,會(huì)造成地下水徑流發(fā)生變化,引起地表失水。根據(jù)水文地質(zhì)資料、各自然村寨落與隧道位置關(guān)系,確定隧址區(qū)地下水資源環(huán)境影響范圍約31.6km2,涉及6個(gè)村莊24個(gè)組居民約3000人,水田1530hm2、旱地2130hm2[15],易引發(fā)社會(huì)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)。

經(jīng)久長(zhǎng)方案線路以短隧和橋?yàn)橹?隧道處于巖溶水垂直循環(huán)帶,存在1段可能揭示巖溶管道,方案線路多出露于地表,對(duì)地下水環(huán)境影響較小,工程地質(zhì)條件一般。

(3)從環(huán)境敏感點(diǎn)分析

比較范圍內(nèi)分布有兩處水源保護(hù)區(qū),分別為下紅馬水源保護(hù)區(qū)及高潮水源保護(hù)區(qū)。兩方案均對(duì)水源保護(hù)區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)予以了繞避。

(4)從施工組織分析

經(jīng)久長(zhǎng)方案無控制性工程;經(jīng)羅家壩方案中,天馬山隧道為控制性工程,天馬山隧道長(zhǎng)4855m,主體土建工程總工期為38個(gè)月,為滿足施工工期需要,需設(shè)置橫洞(長(zhǎng)1538m)、斜井(長(zhǎng)480m)各1座。

(5)從規(guī)劃適應(yīng)性分析

兩方案對(duì)久長(zhǎng)城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)無干擾,與規(guī)劃適應(yīng)性較好,但經(jīng)久長(zhǎng)方案占地稍多。

(6)從工程實(shí)施難度分析

經(jīng)久長(zhǎng)方案較經(jīng)羅家壩方案隧道推測(cè)巖溶管道與線路交叉次數(shù)少,且隧道由處于水平循環(huán)帶變?yōu)樘幱诖怪毖h(huán)帶,涌水、突泥風(fēng)險(xiǎn)有所降低;同時(shí)巖溶管道位于設(shè)計(jì)高程以下,不易造成地表失水,對(duì)沿線居民生產(chǎn)生活影響小,施工及社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小;線路兩跨既有川黔鐵路,施工期間對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)有一定干擾,橋梁跨越鐵路時(shí)均為32m簡(jiǎn)支梁,風(fēng)險(xiǎn)及干擾較小,工程實(shí)施難度小。

3.4 方案比較及推薦意見

(1)工程數(shù)量及投資

兩個(gè)方案主要工程數(shù)量及投資比較見表1。

表1 主要工程數(shù)量及投資比較

(2)方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

兩方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析見表2。

表2 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

由表1、表2可知,線路條件上,經(jīng)久長(zhǎng)方案線路略長(zhǎng),平面曲線增加2個(gè),略差于經(jīng)羅家壩方案;在繞避環(huán)境敏感點(diǎn)、與規(guī)劃適應(yīng)性上兩方案基本一致,均對(duì)環(huán)境敏感點(diǎn)、城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)予以繞避;地質(zhì)條件上,經(jīng)久長(zhǎng)方案與巖溶通道交叉減少3處,巖溶隧道長(zhǎng)度縮短5455m;施工組織及工程實(shí)施難度上,經(jīng)久長(zhǎng)方案均優(yōu)于經(jīng)羅家壩方案;工程投資上,經(jīng)久長(zhǎng)方案增加2749萬元。

(3)推薦意見

結(jié)合上述比較分析,經(jīng)久長(zhǎng)方案線路略長(zhǎng),投資略高,但本段線路主要制約因素為巖溶問題,且經(jīng)久長(zhǎng)方案以短隧和橋?yàn)橹?同時(shí)隧道處于垂直循環(huán)帶,可溶巖段落減少可降低涌水、突泥等施工風(fēng)險(xiǎn)及地表失水帶來的社會(huì)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn),工程風(fēng)險(xiǎn)及實(shí)施難度小,故推薦采用經(jīng)久長(zhǎng)方案。

4 結(jié)語

鐵路選線設(shè)計(jì)是一個(gè)集決策和設(shè)計(jì)為一體的多因素、多層次的復(fù)雜系統(tǒng)工程。雖然本段線路不長(zhǎng),但其控制因素多,在復(fù)雜山區(qū)選線設(shè)計(jì)中具有一定的代表性。根據(jù)本段線路方案的研究,總結(jié)出復(fù)雜山區(qū)鐵路選線設(shè)計(jì)原則。

(1)堅(jiān)持減災(zāi)選線原則:設(shè)計(jì)中應(yīng)全面識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn),采取措施規(guī)避重大地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)及防控重大地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。首先對(duì)采空區(qū)予以繞避,其次對(duì)巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)盡量繞避,不能繞避時(shí)減少通過地段的長(zhǎng)度,快速通過,盡量抬高線路高程,使線路處于垂直循環(huán)帶中,靠近排泄基準(zhǔn)面傍河布線,同時(shí)隧道采用順坡施工以降低涌水突泥等地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

(2)堅(jiān)持環(huán)保選線原則:對(duì)生態(tài)環(huán)境敏感區(qū),線路應(yīng)盡量繞避,不能繞避的,在滿足政策和環(huán)保要求下以對(duì)環(huán)境影響最小的方式通過。本段方案研究中對(duì)水源保護(hù)區(qū)及風(fēng)景區(qū)均予以繞避。

(3)堅(jiān)持以人為本的選線原則,重視社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)。隨著構(gòu)建和諧社會(huì)的需要,控制社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)也受到越來越多的重視,線路應(yīng)盡量繞避一些不利于社會(huì)穩(wěn)定的區(qū)域,本段比選中經(jīng)羅家壩方案存在由于隧道修建引起大面積失水,造成居民生活、生產(chǎn)用水困難,引發(fā)社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)問題。

(4)堅(jiān)持綜合比選的原則: 在方案比選過程中,應(yīng)不遺漏方案,全面分析各方案優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合地形地質(zhì)條件、環(huán)境敏感點(diǎn)、規(guī)劃、工程風(fēng)險(xiǎn)、施工組織、工程投資等影響因素多方面行綜合比選,抓住主要制約因素,從而擇優(yōu)確定推薦方案。